ปฏิกิริยา 1.4 · เอนโทรปีและความสมัครใจ

International Baccalaureate · IB Diploma · Chemistry · HL · หัวข้อ 15

15.1

ขอบเขตและเงื่อนไขก่อนเข้าเรียน

สนับสนุนจุดเน้นระดับสูง การประเมินครั้งแรก 2025; คำแนะนำปัจจุบันได้รับแล้ว; คู่มือเคมีเต็มรูปแบบยังไม่ได้รับ requirements ของคู่มือที่เหลือ การประเมิน และปฏิบัติยังคงเก็บไว้ตามบันทึก

สิ่งจำเป็น: อ่านปริมาณและหน่วยที่กำหนด ใช้เลขคณิตและเงื่อนไขโมเดลด้านล่าง บทเรียนแต่ละบทพัฒนาวิธีการของตนเองก่อนการถ่ายโอนแบบอิสระ

นี่คือตัวอย่างการสอนดั้งเดิมหรือที่ระบุว่าเป็นเรื่องfictional อย่างชัดเจน ไม่ใช่การวัดค่าจริงหรือการสืบสวนผู้เรียนที่ได้รับการประเมินเสร็จสมบูรณ์

15.2

เอนโทรปี พลังงานกิบส์ และความน่าจะเป็น

อะไรจะเป็นคำอธิบายสำหรับการสังเกตนี้?

ปฏิกิริยาอาจเป็น endothermic (ดูดความร้อน) และยังคงเกิดเองได้ในทางอุณหพลศาสตร์ Enthalpy เพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดทิศทางที่เกิดเองที่อุณหภูมิหนึ่ง
เริ่มต้นด้วยการทำนาย ระบุปริมาณหรือลักษณะที่คุณจะเปรียบเทียบ แล้วตัดสินใจว่าหลักฐานอะไรที่จะแยกแยะคำอธิบายสองแบบได้

สร้างโมเดล

เอนโทรปี เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของพลังงานและจำนวนการจัดเรียงระดับจุลภาคที่เข้าถึงได้ พลังงานกิบส์ รวมเอนثالปี เอนโทรปี และอุณหภูมิสัมบูรณ์สำหรับกระบวนการที่อุณหภูมิและความดันคงที่
เอนโทรปี: คุณสมบัติสถานะที่เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของพลังงานและการจัดเรียงที่เข้าถึงได้; พลังงานกิบส์: ปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่รวมผลของเอนثالปีและเอนโทรปี

Entropy, Gibbs energy and feasibility: original worked-case diagram

เลือกหลักฐานที่นำมาทดสอบได้

ใช้ ΔG = ΔH - TΔS ด้วยหน่วยพลังงานที่สอดคล้องกัน การเปลี่ยนแปลง Gibbs energy เป็นลบบ่งบอกถึงความเอื้อเอื้อต่อการเกิดเองภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ไม่ใช่ความเร็วของปฏิกิริยา ขอบเขตพลังงานกระตุ้น (activation barrier) อาจทำให้กระบวนการที่เอื้อเอื้อต่อช้าลงได้
ระบุว่าเป็นค่ามาตรฐานหรือไม่ และบันทึกอุณหภูมิในหน่วยเคลวิน แปลง entropy จากจูลต่อเคลวินต่อโมล เป็นกิโลจูลต่อเคลวินต่อโมลเมื่อ enthalpy อยู่ในหน่วยกิโลจูลต่อโมล

เริ่มจากปริมาณที่ทราบแล้ว

ระบุค่าที่ทราบและหน่วยของมัน เลือกความสัมพันธ์โดยพิจารณาว่าข้อสมมติฐานสอดคล้องกับเคสนี้ แล้วจัดรูปสมการก่อนแทนค่า
ข้อมูล: ΔH = +20 kJ ต่อโมล, ΔS = +100 J ต่อเคลวินต่อโมล และ T = 300 K แปลง ΔS = 0.100 kJ ต่อเคลวินต่อโมล ΔG = ΔH - TΔS = 20 - 300×0.100 = -10 kJ ต่อโมล กระบวนการนี้เป็นไปได้ภายใต้การประมาณการที่กำหนด

ตัวอย่าง:

ΔH=30 kJ ต่อโมล, ΔS=0.10 kJ ต่อเคลวินต่อโมล และ T=400 K. หา ΔG. ใช้ลำดับเดียวกัน: ปริมาณที่รู้ → แบบจำลอง → ความสัมพันธ์ → การแทนค่า → หน่วยและการตีความ

ตรวจสอบข้อสรุปและขอบเขต

ความเอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์ไม่ establishing reaction rate. องศาเซลเซียสไม่สามารถแทนที่เคลวินใน TΔS, และการผิดพลาดในการแปลงหน่วยสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้ด้วยปัจจัย 1,000 เท่า
กลับไปที่การสังเกตเดิม อธิบายว่าผลลัพธ์นี้สนับสนุนสิ่งใด มีเงื่อนไขใดบ้าง และเป็นอย่างไรในการทดสอบคำอธิบายอื่นที่ขัดแย้งกัน

เตือน:

ปฏิกิริยาที่เอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์ต้องเร็ว claims this is false: ความเอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์ไม่ establishing reaction rate. องศาเซลเซียสไม่สามารถแทนที่เคลวินใน TΔS, และการผิดพลาดในการแปลงหน่วยสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้ด้วยปัจจัย 1,000 เท่า

จุดสำคัญ:

เอนโทรปี พลังงานกิบส์ และความเหมาะสม: ใช้ ΔG = ΔH - TΔS โดยใช้หน่วยพลังงานให้สอดคล้องกัน การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิบส์ที่เป็นลบบ่งชี้ถึงความเหมาะสมในทางอุณหพลศาสตร์สำหรับสภาวะที่กำหนด ไม่ใช่ความเร็วในการเกิดปฏิกิริยา กำแพงพลังงานกระตุ้น (activation barrier) อาจทำให้กระบวนการที่เป็นไปได้ช้าลงได้

คำศัพท์ ฝึกฝน